淺析皖北平原淺層地下水動(dòng)態(tài)變化

胡軍

淺析皖北平原淺層地下水動(dòng)態(tài)變化

胡軍1，2

一、引言

皖北平原包括阜陽(yáng)市、亳州市、淮北市、宿州市、蚌埠市及淮南市，總面積約3.74萬(wàn)km2，占全省面積的28%，其中平原區(qū)面積約占總面積的95%，山丘區(qū)面積約占總面積的5%。多年平均降水量為860mm，降水年際變化大，年內(nèi)分配不均，多年平均汛期（6～9月）降水量占年降水總量的62.0%，多年平均蒸發(fā)量為1038mm，多年平均干旱指數(shù)為1.21。

二、皖北平原地下水開(kāi)采量的年代變化

30多年來(lái)，皖北地區(qū)地下水開(kāi)采量增長(zhǎng)迅速。以1978年代表20世紀(jì)70年代開(kāi)采水平，全區(qū)地下水開(kāi)采總量9.0億m3；以1990年代表80年代的開(kāi)采水平，全區(qū)地下水開(kāi)采總量9.6億m3；以1999年代表90年代的開(kāi)采水平，全區(qū)地下水開(kāi)采總量為17.56億m3；以2001～2010年10年平均代表21世紀(jì)初10年的開(kāi)采水平，全區(qū)地下水開(kāi)采總量為20.54億m3，較20世紀(jì)70年代開(kāi)采總量增長(zhǎng)了1倍還多。皖北地區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用量年代變化見(jiàn)表1。

三、皖北平原淺層地下水動(dòng)態(tài)與變化規(guī)律研究

1.潛水水位動(dòng)態(tài)

（1）潛水水位動(dòng)態(tài)與降雨量的關(guān)系

皖北平原淺層地下水主要為間歇式的農(nóng)業(yè)灌溉開(kāi)采和分散式農(nóng)村居民生活開(kāi)采，潛水水位的變化主要受降水和人工開(kāi)采影響，水位動(dòng)態(tài)多呈入滲—開(kāi)采型，年內(nèi)高水位期多出現(xiàn)于7～9月份，此時(shí)期降水量增加，農(nóng)灌開(kāi)采量減少，水位埋深0～4.2m。低水位期多出現(xiàn)于4～6月份，此時(shí)期降水量減少，農(nóng)灌開(kāi)采量增加，水位埋深0.2～6.4m。全年平均水位埋深0.1～5.4m，年變幅0.4～4.0m。潛水水位與降水量有很好的相關(guān)性和同步性，在豐水期地下水可保持較高水位，而遇到特枯水期或連枯水期則維持較低水平。

表1 皖北地區(qū)各年代地下水開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)表（億m3）

潛水水位與地形總趨勢(shì)和微地貌的變化基本一致，總體上看，西北高、東南低，地下水由西北流向東南。選擇72個(gè)典型代表站地下水水位，分析1975～2010年以來(lái)皖北平原地下水位變化趨勢(shì)，皖北平原第一含水層（組）潛水平均埋深在（1975～2010年）35年內(nèi)整體略呈下降趨勢(shì)，即地下水位在波動(dòng)中下降，下降趨勢(shì)為0.093m/10a。依據(jù)5年滑動(dòng)平均曲線得出地下水位在20世紀(jì)90年代最低，但進(jìn)入2000年以后，地下水位有回升的趨勢(shì)，并且上升速度較快。多年中地下水位逐年呈高、低交替變化，水位最高點(diǎn)為1980年的1.71m，最低點(diǎn)為1995年的3.18m，最高、最低兩者相差近1.47m。

圖1 夏集站月水位M-K檢測(cè)結(jié)果圖

圖2 十八里站月水位M-K檢測(cè)結(jié)果圖

圖3 固鎮(zhèn)站月水位M-K檢測(cè)結(jié)果圖

圖4 靈璧站月水位M-K檢測(cè)結(jié)果圖

（2）淺層地下水水位趨勢(shì)性和突變分析

本次選用皖北平原具有代表性的阜陽(yáng)夏集站、亳州十八里站、蚌埠固鎮(zhèn)站、宿州靈璧站實(shí)測(cè)水位資料進(jìn)行M-K趨勢(shì)檢測(cè)和突變分析研究。

用阜陽(yáng)夏集站2000～2011年逐月水位資料進(jìn)行M-K檢測(cè)顯示（見(jiàn)圖1），序列有下降的趨勢(shì)，但在95%置信水平下下降不明顯。由圖可知：夏集站水位經(jīng)歷了下降—上升—下降—上升—下降過(guò)程；2004年以后水位沒(méi)有突變點(diǎn)且一直處于下降周期，水位開(kāi)始了長(zhǎng)達(dá)7年的下降趨勢(shì)并且還在延續(xù)。被檢測(cè)的序列有5個(gè)交點(diǎn)，其中處于95%置信區(qū)間的交點(diǎn)有4個(gè)，分別為2000年2月、2001年10月、2002年5月和2003年11月，即被檢測(cè)的序列有4個(gè)突變點(diǎn)。值得一提的是：被檢測(cè)序列的突變點(diǎn)都在2004年以前，即夏季水位在2004年以前處于震蕩中，在那之后水位一直下降且沒(méi)有突變。

用亳州十八里站2000～2011年逐月水位資料進(jìn)行M-K檢測(cè)顯示（見(jiàn)圖2），序列有下降的趨勢(shì)，但在95%置信水平下下降不明顯。由圖可知：十八里站水位經(jīng)歷了下降—上升—下降—上升—下降過(guò)程，2000～2011年沒(méi)有突變點(diǎn)。而2011年以后被檢測(cè)的序列有1個(gè)交點(diǎn)，且處于95%置信區(qū)間，即2011年5月此序列的突變點(diǎn)。值得一提的是此突變點(diǎn)為上升轉(zhuǎn)向下降趨勢(shì)的突變點(diǎn)。

用固鎮(zhèn)站2000～2011年逐月水位資料進(jìn)行M-K檢測(cè)顯示（見(jiàn)圖3），被檢測(cè)序列具有上升趨勢(shì)，但在95%的置信水平下上升不明顯。由圖可知：固鎮(zhèn)站水位經(jīng)歷了下降—上升—下降—上升過(guò)程。2003年以后一直處于上升周期，水位開(kāi)始了長(zhǎng)達(dá)8年的上升趨勢(shì)并且還在延續(xù)。被檢測(cè)的序列有5個(gè)交點(diǎn)，其中處于95%置信區(qū)間的交點(diǎn)有4個(gè)，分別為2003年3月、2004年2月、2004年4月和2011年 6月，即被檢測(cè)的序列有4個(gè)突變點(diǎn)。值得一提的是2003年3月是下降轉(zhuǎn)向上升趨勢(shì)的突變點(diǎn)。

用靈璧站2000～2011年逐月水位資料進(jìn)行M-K檢測(cè)顯示（見(jiàn)圖4），被測(cè)序列具有上升趨勢(shì)，但在95%的置信水平下上升不明顯。由圖可知：靈璧站水位經(jīng)歷了下降—上升—下降—上升—下降—上升—下降—上升過(guò)程；2000年以后靈璧站水文一直處于上升下降交替出現(xiàn)時(shí)期。被檢測(cè)的序列有7個(gè)交點(diǎn)，其中處于95%置信區(qū)間的交點(diǎn)有6個(gè)，分別為2008年8月、2001年2月、2009年4月、2010年7月、2011年1月和2011年7月，即被檢測(cè)的序列有6個(gè)突變點(diǎn)。

2.孔隙水水位動(dòng)態(tài)

孔隙水屬于中間過(guò)渡系統(tǒng)，處于半封閉狀態(tài)，含水層埋深大致在50～150m，過(guò)渡特征較明顯，通過(guò)上覆淺層水與大氣降水有聯(lián)系，但較微弱，且隨著埋藏深度增加逐漸減弱。根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，埋深在50～100m間的地下水水位變化受降水量的影響顯著，而埋深大于150m的地下水水位對(duì)降水量的變化基本上沒(méi)有反映。埋深在100～150m的地下水與降水的關(guān)系則可分為兩種情況：平原西部處于這一層位的地下水水位基本不受降水影響或影響很不顯著，與淺層地下水聯(lián)系微弱；東部和南部這一層位的地下水水位則明顯地受降水量的影響，與淺層地下水的關(guān)系密切。

孔隙水與潛水水位動(dòng)態(tài)變化基本相似。在未開(kāi)采區(qū)及零星開(kāi)采區(qū)，水位的高低與降雨量的多少成正比，時(shí)間上具明顯的滯后性，滯后時(shí)間短則9～16d（埋深50～100m），長(zhǎng)則10～25d（埋深100～150m）。高水位出現(xiàn)在7～10月，低水位出現(xiàn)在4～6月；在城市及礦區(qū)開(kāi)采集中地區(qū)，水位的高低主要受控于開(kāi)采量，每年7～9月地下水開(kāi)采高峰期，水位下降至低谷，在冬季開(kāi)采淡季，水位處于年度最高值。

自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，隨著皖北地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，城市生活和工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始大量取用深層承壓水，開(kāi)采量逐年增加，開(kāi)采層位也不斷加深。根據(jù)2010年地下水監(jiān)測(cè)資料，阜陽(yáng)、利辛、太和、界首、臨泉等地區(qū)孔隙水水位埋深大于5m的區(qū)域性地下水降落漏斗面積約為7870km2，漏斗中心最大水位埋深約為52.7m。

3.巖溶水水位動(dòng)態(tài)

皖北平原東北部碳酸鹽巖裸露區(qū)及隱伏區(qū)中的巖溶水強(qiáng)徑流帶（靠近山前的碳酸鹽巖淺埋區(qū)，上覆松散層中沒(méi)有粘性土的阻隔，并處構(gòu)造有利部位），巖溶水的水位變化幾乎與降水同步。隱伏區(qū)中的非巖溶水強(qiáng)徑流帶（雖上覆松散層中沒(méi)有粘性土的阻隔，但遠(yuǎn)離山前，埋藏較深），巖溶水的水位變化仍然明顯受降水影響，但稍有滯后，滯后時(shí)間一般為5～10d；碳酸鹽巖隱伏區(qū)中巖溶地層之上覆蓋了較厚的粘性土，以及碳酸鹽巖的埋藏區(qū)，與上覆含水層的水力聯(lián)系相對(duì)較弱，巖溶水的水位變化對(duì)降水量的影響有所反映，但明顯滯后，滯后時(shí)間一般為10～30d。

淮北市和濉溪縣城區(qū)工業(yè)和生活主要以巖溶地下水為供水水源，長(zhǎng)期集中超采逐漸形成了地下水位降落漏斗。20世紀(jì)90年代初，淮北市水源地形成了以淮北發(fā)電廠、市區(qū)、三堤口為中心的各自獨(dú)立又相互連通的降落漏斗，90年代中期發(fā)展為以大唐淮北發(fā)電廠為中心的統(tǒng)一的大降落漏斗，范圍擴(kuò)展至整個(gè)巖溶水源地。2003年以后，受連續(xù)豐水年地下水補(bǔ)給量增大、大唐淮北發(fā)電廠用水量減少和淮紡閘蓄水等因素綜合影響，部分地區(qū)水位呈上升趨勢(shì)，漏斗中心位置逐漸向南偏移。2010年，漏斗中心位于三堤口，財(cái)校井年平均水位14.48m，三堤口井年平均水位14.37m，三堤口水位較財(cái)校低0.11m。

四、結(jié)語(yǔ)

淮北平原是處于我國(guó)南北氣候過(guò)渡地帶，是國(guó)家糧食主產(chǎn)區(qū)之一。長(zhǎng)期以來(lái)，澇漬災(zāi)害是區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要威脅。隨著氣候變化背景下淮河流域旱澇交替事件的頻繁發(fā)生和區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)性用水態(tài)勢(shì)的加劇，干旱缺水又成為淮北平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的又一重大威脅。地下水動(dòng)態(tài)的研究分析結(jié)果可以作為當(dāng)?shù)剡M(jìn)行地下水資源開(kāi)發(fā)利用的依據(jù)，達(dá)到水資源的高效利用、蓄控減排、農(nóng)業(yè)優(yōu)化灌水和節(jié)水增產(chǎn)、地下水安全開(kāi)采與有效保護(hù)的多項(xiàng)目標(biāo)■

（作者單位：1.水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.安徽省（水利部淮河水利委員會(huì)）水利科學(xué)研究院）